Широкоугольный окуляр

 

Изобретение используется в приборах ночного видения. Окуляр содержит две одинаковые двояковыпуклые линзы, причем первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, а сферическими поверхностями линзы обращены друг к другу. При этом имеют место следующие соотношения: 1,45 <n = n₂ <1,52, где R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0; A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности, R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы, Δx_max1, Δx_max4 - максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первой линзы и второй поверхности второй линзы, f' - фокусное расстояние окуляра, n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз, t' - вынос выходного зрачка. Линзы могут быть выполнены из полимерного материала. Изобретение обеспечивает вынос выходного зрачка t' > f' при одновременном хорошем качестве изображения по полю, угловое поле в пространстве изображений больше 50^o. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в окулярах ночных зрительных труб.

Известны конструкции окуляров, состоящие из двух компонентов, описанные, например, в выложенной заявке Японии N 63-121811 (A), кл. G 02 B 25/00, опубл. 25.05.88 г. , выложенной заявке Японии N 62-8116(A), кл. G 02 B 25/00, опубл. 16.01.87 г.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является окуляр, описанный в акцептованной заявке Японии N 63-58327 (B2), кл. G 02 B 25/00, опубл. 15.11.88 г. Он содержит два положительных компонента, представляющих собой одиночные линзы, первая из которых - двояковыпуклая, а вторая - положительный мениск, обращенный выпуклостью к предмету, вторая поверхность первого компонента и первая поверхность второго компонента выполнены асферическими. Уравнение асферической поверхности имеет вид: где R - радиус кривизны при вершине асферической поверхности, K, AD, AE, AF, AG - коэффициенты уравнения,
X, Y - координаты асферической поверхности.

Указанный окуляр имеет фокусное расстояние f'=37,4 мм, недостаточный вынос выходного зрачка t' < 0,5 f', небольшое угловое поле в пространстве изображений 2ωʹ< 35°.
Задачей изобретения является создание широкоугольного окуляра с выносом выходного зрачка, большим единицы, и угловым полем в пространстве изображений, большим 50 градусов, при одновременном хорошем качестве изображения по полю.

Технический результат, обусловленный указанной задачей, достигается тем, что в окуляре, содержащем две положительные линзы, первая из которых двояковыпуклая, одна из поверхностей каждой линзы выполнена асферической, в отличие от известного, вторая линза выполнена идентичной первой, первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, при этом имеют место следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ < 1,52,
t'/f' > 1,
где
R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида
y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0,
A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности.

R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы,
Δx_max.1, Δx_max.4 - максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первого компонента и второй поверхности второго компонента,
f' - фокусное расстояние окуляра,
n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз,
t' - вынос выходного зрачка.

Линзы могут быть выполнена из полимерного материала.

На фиг. 1 изображена оптическая схема окуляра, на фиг. 2 и 3 - графики аберраций окуляра.

Окуляр (фиг. 1) состоит из двух последовательно расположенных по ходу луча от предмета одинаковых двояковыпуклых линз 1 и 2. Первая поверхность линзы 1 и вторая поверхность линзы 2 выполнены асферическими, а сферическими поверхностями линзы обращены друг к другу. Оптические силы линз 1 и 2 равны между собой. Выходной зрачок расположен за линзой 2.

В качестве конкретного примера реализации изобретения рассчитан окуляр со следующими конструктивными данными:
Фокусное расстояние окуляра f' = 10,84 мм
Фокусное расстояние каждой линзы 19,226 мм
Передний фокальный отрезок S_F = 5,73 мм
Длина оптической системы
L = Σd+S_F= 13,5 + 5,73 = 19,23 = 1,77 f',
где
Σd - сумма толщин и воздушного промежутка.

В таблице приведены параметры окуляра.

В окуляре соблюдены следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ = 1,49216 < 1,52

Линзы 1 и 2 могут быть выполнены из полимерного материала, например из полиметилметакрилата ТУ 6-02-112-90.

Рассчитанный окуляр имеет следующие характеристики:
относительное отверстие 1:2,17
угловое поле в пространстве изображений 2ωʹ= 52^o50'
спектральный диапазон (0,486...0,546...0,656) мкм
вынос выходного зрачка t' = 12 мм
диаметр выходного зрачка 5 мм
продольная сферическая аберрация 0,074 мм
меридиональная кривизна изображения 0,207 мм
сагиттальная кривизна изображения (-0,207) мм.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: увеличено угловое поле в пространстве изображений до 52^o50' при выносе выходного зрачка t'=1,1f' при хорошем качестве изображения по полю:
продольная сферическая аберрация 0,074 мм
меридиональная кривизна изображения 0,207 мм
сагиттальная кривизна изображения (-0,207) мм.

Формула изобретения

1. Окуляр, содержащий две положительных линзы, первая из которых двояковыпуклая, одна из поверхностей каждой линзы выполнена асферической, отличающийся тем, что вторая линза выполнена идентичной первой, причем первая поверхность первой линзы и вторая поверхность второй линзы выполнены асферическими, при этом имеют место следующие соотношения:


1,45 < n₁ = n₂ < 1,52,

где R₁, R₄ - радиусы кривизны при вершинах асферических поверхностей вида
y² + z² + A₁x + A₂x² + A₃x³ + A₄x⁴ + A₅x⁵ = 0;
A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ - коэффициенты в уравнении асферической поверхности;
R₂, R₃ - радиусы кривизны сферических поверхностей: второй поверхности первой линзы и первой поверхности второй линзы;
Δx_max1, Δx_max4- максимальные асферичности - отклонения от сфер ближайшего радиуса по оси x для первой поверхности первой линзы и второй поверхности второй линзы;
f' - фокусное расстояние окуляра;
n₁, n₂ - показатели преломления первой и второй линз;
t' - вынос выходного зрачка.

2. Объектив по п.1, отличающийся тем, что линзы выполнены из полимерного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4